精密與特種加工技術

1、精密與特種加工技術,學時：38（ 34理論學時+ 4實驗學時）參考教材： 《精密與特種加工》王貴成 武漢理工大學出版社 《特種加工》第5版 劉晉春 機械工業(yè)出版社考核方式：平時成績20%+期末考試80%,課程性質：專業(yè)課程,1、使大家對現代技術條件下精細及特種加工工藝有較為系統的了解，并能夠運用所學知識對各種加工機理進行分析； 2、為后續(xù)相關課程的學習及畢業(yè)設計服務。,1、認識精密加工、特

2、種加工與復合加工過程的常見現象和基本規(guī)律，能根據零件要求合理選擇加工方法和工藝參數。 2、掌握現代機械加工工藝實驗研究的基本方法和技能。（從實驗數據中進行總結歸納，得出結論。） 3、對當前先進制造工藝技術的發(fā)展趨勢及成就有初步了解，為后續(xù)生產、研究及技術開發(fā)工作做基礎。,課程主要任務：,,思考：1、何為精密與超精密加工，其加工精度怎樣？表面粗糙度又怎樣？2、如何在淬火鋼上加工一個直徑為6mm、深為10mm的定位銷孔？

3、3、如何在厚為12mm的硬質合金板上加工一個四方形或者六角形的型孔？4、如何在在0.1mm厚的鎢箔上加工出直徑為0.05±0.002mm的微孔？,,精密加工：精密切削、精密磨削；特種加工：電火花加工、電火花線切割加工、電 化學加工、高能束加工（激光加工、 電子束和離子束加工）、超聲加工、 快速成形技術、復合加工等。,精密加工——加工精度；特種加工——加工方法

4、（與傳統加工相比）。,精密加工是指加工精度和表面質量達到極高精度的加工工藝，通常包括精密切削加工和精密磨削加工，在不同制造業(yè)發(fā)展時期其最高技術指標有所不同。,用于精密機床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌、精密滾動軸承等，在當前制造工業(yè)中占有極重要的地位。 超精密加工是指被加工零件的尺寸公差為0.1～0.01μm數量級，表面粗糙度Ra值為0.01μm數量級的加工方法。,超精密

5、加工基本理論：去除的切削層越薄零件精度越高。例如：金剛石車：去除1納米厚的切削層。 超精密加工是尖端技術產品發(fā)展中不可缺少的關鍵加工手段。,◆ 幾種典型精密零件的加工精度,◆ 精密加工與超精密加工的發(fā)展,當前精密和超精密加工精度從微米到亞微米，乃至納米，在汽車、家電、IT電子信息高技術領域和軍用、民用工業(yè)有廣泛應用。像精密機床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌、精密滾

6、動軸承等，在當前制造工業(yè)中占有極重要的位置。,精密和超精密加工的應用場合？,精密和超精密加工已成為國際經濟競爭，尤其是發(fā)展尖端技術、發(fā)展國防工業(yè)的關鍵技術。 如：美國MX戰(zhàn)略導彈制造系統的陀螺儀精度比民兵Ⅲ型洲際導彈陀螺儀的精度提高一個數量級，其命中的圓概率誤差由原來的500m減小到50~150m。,精密與超精密加工地位,精密與超精密加工技術是一個國家制造業(yè)水平重要標志例：美國哈勃望遠鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最

7、小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達2nm。,精密加工與超精密加工技術是先進制造技術基礎和關鍵例：美國陀螺儀球圓度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導彈命中精度控制在50m范圍內；英國飛機發(fā)電機轉子葉片加工誤差從60μm降至12μm，發(fā)電機壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍。,精密與超精密加工地位,精密加工與超精密加工技術是新技術的生長點 精密與超精密加

8、工技術涉及多種基礎學科和多種新興技術，其發(fā)展無疑會帶動和促進這些相關科學技術的發(fā)展。,瓦特早在18世紀70年代就發(fā)明了蒸氣機，但為何到19世紀才得以應用？,因為苦于制造不出高精度的蒸氣機氣缸。無法推廣應用。直到有人創(chuàng)造出和改進了氣缸鏜床，解決了蒸汽機主要部件的加工工藝，才使蒸汽機得到廣泛應用，引起了世界性的第一次產業(yè)革命。,“東芝事件”…,冷戰(zhàn)時期，前蘇聯用從日本東芝公司“購買”的大型三坐標數控銑床加工出高精度潛艇用螺旋漿，噪音大

9、大降低，使美國設在全球的偵聽網失效。不得不花費大量經費與時間來研制新的偵聽設備。為此美國政府對東芝公司進行制裁，不許東芝公司在相當長一段時間內進入美國市場。,,新的加工方法對人類的生產和物質文明起了極大的作用！,特種加工是將電能、熱能、光能、聲能和磁能等物理能量及化學能量或其組合乃至與機械能組合直接施加到被加工的部位上，從而實現材料去除的加工方法，也被稱為非傳統加工技術。,特種加工的應用場合？,到目前為止，已經找到了多種這一類的加工方法

10、，為區(qū)別現有的金屬切削加工，將這類傳統切削加工以外的新的加工方法統稱為 特種加工；國外：非傳統加工 ( NTM , Non-Traditional Machining ) 或非常規(guī)機械加工(NCM , Non-Conventional Machining )。,主要用于： 1、難加工材料的加工（淬火鋼、硬質合金、陶瓷、金剛石等）； 2、模具及復雜型面加工（型腔、型孔、微小異型孔等）；,特種加工就是當傳統切

11、削加工方法對產品（或材料）無法實施或保證不了規(guī)定的精度要求時而應用物理的（力、熱、聲、光、電）或化學的方法進行加工的手段。,特種加工的產生及發(fā)展,從第一次產業(yè)革命—— 第二次世界大戰(zhàn)前，是傳統的機械加工（切削加工和磨削），其本質和特點：,靠刀具材料比工件硬 靠機械能切除工件上多余材料,切削這么硬的材料，車刀很快就蹦刃。,傳統切削加工方法很難甚至無法承擔上述加工任務。 人們開始探索新的加工方法。,不僅用機械能，而且還采用：..

12、....,,,1943年，前蘇聯拉扎林柯夫婦在研究開關觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時，逆向思維，用細銅絲在淬火鋼上加工出小孔，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工—特種加工中的先驅。 首次擺脫了傳統的切削加工方法，獲得了“以柔克剛”的效果。,二次世界大戰(zhàn)以后，隨著生產發(fā)展和科學實驗的需要，尖端科學技術產品要求機械制造部門解決各種難切削材料的加工問題、各種特殊復雜表面的加工問題、各種超精光整或具有特殊要求的零件的加工問題。 要解

13、決上述一系列工藝問題，依靠傳統的切削加工很難實現，甚至根本無法實現，人們相繼探索研究新的加工方法，特種加工應運而生得到發(fā)展。,1）用機械能以外的其他能量(電、光、聲、熱、化學)等去除工件上多余的材料，以達到圖樣上全部技術要求。2）打破傳統的硬刀具加工軟材料的規(guī)律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可謂“以柔克剛”。3）加工過程中工具和工件間不存在顯著的切削力。 4 ）從原理上來說特種加工可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬或非金

14、屬材料。,特種加工已經成為當前機械制造領域不可缺少的加工方法，為新產品設計與開發(fā)提供了許多加工手段，為新材料的研制提供了應用基礎。,1）電能與熱能作用方式有：電火花成形與穿孔加工、電火花線切割加工、電子束加工和等離子束加工。2）電能與化學能作用方式有：電解加工、電鑄加工和刷鍍加工。3）化學能與機械能作用方式有：電解磨削、電解珩磨。4）聲能與機械能作用方式有：超聲波加工5）光能與熱能作用方式有：激光加工。6）電能與機械能作用方式

15、有：離子束加工。7）液流能與機械能作用方式有：擠壓珩磨和水射流切割。,特種加工方法的特點,對機械制造技術提出了新的要求,第一，解決各種難加工材料的問題,第二，解決各種復雜表面的加工問題,第三，解決各種超精或具有特殊要求的零件的加工問題。,,,,如對表面質量和精度要求很高，以及低剛度零件的加工。,高強度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工,如噴氣渦輪機葉片、整體渦輪、注射模的立體成型表面等,,特種加工對機械制造工藝技術的影響

16、 1）提高了材料的可加工性； 2）改變了零件的工藝路線； 3）縮短了新產品的試制周期； 4）對產品和零件的結構設計產生較大影響； 5）需重新評估傳統結構工藝性。,1）解決各種難切削材料的加工問題,硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、金剛石、寶石；石英、玻璃、陶瓷。,提高了材料的加工性,材料的加工性不再與硬度、強度、韌性、塑性等成直接、正比關系。,2）解決各種特殊復雜表面的加工問題,如噴氣渦輪機葉片、巡航導彈整體

17、渦輪、各種模具、特殊斷面的型孔、噴絲頭等。,3）解決具有特殊要求零件的加工問題,如薄壁、細長軸等低剛度零件。,4) 改變了零件的典型工藝路線,成形加工,淬 火,淬 火,成形加工（NTM）,,,5) 對產品零件的結構設計帶來很大影響,鑲拼結構,整體結構,,例如：方孔、小孔、彎孔、窄縫等。,6) 對傳統的結構工藝性好壞，需要重新衡量,快速成形技術： 光固化成形、激光快速原型制造、熔融沉積成形、層

18、疊實體制造等。,7) 試制新產品,,1）充分融合現代電子技術、計算機技術、信息技術和精密制造技術等高新技術，使加工設備向自動化和柔性化方向發(fā)展。 2）大力開發(fā)新的特種加工方法，包括微細加工和復合加工。,特種加工的發(fā)展趨勢,結束語,就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復雜、微細表面和低剛度零件，同時，有些方法還可以進行超精加工，鏡面光整加工和納米加工。,外因是條件，內因是根本